碱法从石煤中浸出钒试验研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年4 期 1 5 碱法从石煤中浸出钒试验研究 何东升，冯其明，张国范，欧乐明，卢毅屏，邵延海 中南大学资源加工与生物工程学院，湖南长沙4 1 0 0 8 3 摘要采用造球一氧化焙烧～碱浸的方法从石煤中浸出钒，考察了焙烧温度、焙烧时间、浸出温度、浸出 剂浓度、浸出时间、浸出液固比对浸出率的影响，获得了8 8 ．3 8 ％的高浸出率。研究表明，焙烧温度、浸出 温度、浸出剂浓度、浸出时间是浸出率的重要影响因素。适宜的工艺条件是焙烧温度8 5 0 ℃、焙烧时间 3h 、浸出温度9 0 ℃、浸出剂浓度2m o l ／L 、浸出时间2h 、浸出液固比3 。 关键词石煤；焙烧；碱浸；钒 中图分类号T F 8 0 3 ．2 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 7 0 4 0 0 1 5 - - 0 3 T h eS t u d yo nL e a c h i n gV a n a d i u m ‘f r o mS t o n eC o a lw i t hA l k a l i H ED o n g - s h e n g ，F E N GQ i m i n g ，Z H A N GG u o f a n ，O UL e - m i n g ，L UY i ～p i n g ，S H A OY a n h a i S c h o o lo fR e s o u r c e sP r o c e s s i n ga n dB i o e n g i n e e r i n g ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y iC h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h i ss t u d yu s e dt h et e c h n i q u eo fp e l l e t i z a t i o n - o x i d a t i o nr o a s t i n g - a l k a l i1 e a c h i n gt oe x t r a c tv a n a d i u mf r o ms t o n ec o a l ，t h ee f f e c t So fr o a S r i n gt e m p e r a t u r e ，r o a s t i n gt i m e ，l e a c h i n gt e m p e r a t u r e ，l e a c h i n ga g e n tc o n c e n t r a t i o n ，l e a c h i n gt i m e ，l e a c h i n gL ／Sw e r ei n v e s t i g a t e d ．W i t ht h i st e c h n i q u e ，i th a sg o tf lr e s u l t o fl e a c h i n gr a t ew a sa sh i g ha s8 8 ．3 8 ％．T h er e s u l t si n d i c a t et h a tr o a s t i n gt e m p e r a t u r e ，l e a c h i n gt e m p e r a t u r e ，l e a c h i n ga g e n tc o n c e n t r a t i o n ，l e a c h i n gt i m ew e r et h em a i nf a c t o r sw h i c ha f f e c tt h el e a c h i n gr a t e ．T h e b e s tt e c h n i q u ec o n d i t i o ni s r o a s t i n gt e m p e r a t u r ei s8 5 0 “ C ，r o a s t i n gt i m ei s3 h ，l e a c h i n gt e m p e r a t u r ei s 9 0 ℃，l e a c h i n ga g e n tc o n c e n t r a t i o ni s2m o l ／L ，l e a c h i n gt i m ei s2 h ，a n dl e a c h i n gL ／Si s3 ． K e y w o r d s S t o n ec o a l ；R o a s t i n g ；A l k a l ie a c h i n g ；V a n a d i u m 石煤是我国除钒钛磁铁矿外又一种重要钒矿资 源，在我国储量巨大，总钒量达1 ．1 8 亿t ，占我国 V 。O 。总储量的8 7 ％[ 1 ] 。我国石煤提钒最初大都采 用“氯化钠焙烧一水浸一酸沉粗钒一碱溶一偏钒酸 铵沉钒”这一传统工艺，该工艺主要缺点是金属回收 率低、环境污染严重、不宜大型化生产、资源综合利 用率低[ 3 ] 。针对传统提钒工艺的缺点，国内研究人 员对传统工艺进行了改进，提出了很多新的工艺，在 工业上得到应用的工艺主要有[ 4 ] “氧化焙烧一酸 浸一中间盐一萃取一铵盐沉钒一灼烧精制钒”工艺、 “氧化焙烧一酸浸一萃取一铵盐沉钒一灼烧制精钒” 土艺、“氧化焙烧一酸浸和杂质分离一沉钒一灼烧制 精钒”工艺，这些新工艺和传统工艺相比，具有回收 作者简介何东升 1 9 7 9 一 ，男，湖北大悟人，博士研究生 率高、流程短、生产成本较低等优点，但是存在酸用 量大[ 5 ] 、原材料消耗严重、设备防腐要求高、废水废 渣呈酸性，需要经过深度处理才能排放等问题[ 6 ] 。 与酸浸相比，碱浸具有选择性，浸出的杂质相对较 少，有利于后续作业的进行；对设备防腐要求低；碱 浸废水废渣多呈碱性，经简单处理后可排放或综合 利用。目前在石煤提钒工业上应用的主要是酸浸， 碱浸研究基本上处在实验室研究阶段，张萍[ 7 ] 、陆芝 华[ 8 ] 、宾智勇[ 1 3 等人均对碱浸工艺进行过研究。采 用碱浸的方法，是石煤提钒技术发展的又一个重要 思路，研究碱浸具有重要的意义。同时，无论是酸浸 还是碱浸，提高钒浸出率是保证钒总回收率的前提， 因此，提高钒浸出率的研究也是石煤提钒研究的一 万方数据 1 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年4 期 个重要方面D - l O ] 。本文采用造球一氧化焙烧一碱 浸的方法，从石煤中浸出钒，获得了较高的浸出率。 1实验 1 ．1 矿样 试验所用石煤矿样取自湖南某地，化学成份 ％ V 2 0 51 ．0 6 、M o0 ．0 5 、N i0 ．0 3 3 、S2 ．1 0 、F e 2 0 3 5 ．2 0 、S i 0 26 8 ．2 6 、A 1 2 0 35 ．5 2 、C a O0 ．2 0 、M g O 0 ．5 2 、K O0 ．6 0 、N a 2 00 ．1 3 、有机质1 6 ．8 7 。研究 发现，在石煤矿样中，主要矿物为石英，占6 8 ％左 右；其次是有机质，占1 6 ％左右；剩下的为伊利．石和 高岭石矿物，另外还含有3 ％左右的黄铁矿。钒在 石煤，主要存在于云母类的铝硅酸矿物中，这部分钒 含量为0 ．8 7 ％；其次存在于氧化铁及粘土矿物中， 这部分钒含量为0 ．1 5 ％；剩下的微量钒存在于石榴 石和电气石中。 1 ．2 原理和流程 钒在石煤中一般只有V H I 和V I V 存在，没 有发现V Ⅱ 和V V ，大部分地区石煤中钒都以 V Ⅲ 为主[ 1 1 ] ，V Ⅲ 是难以被浸出的，所以需要在 浸出前进行焙烧氧化。在焙烧过程中钒发生的主要 反应是 2 V 2 0 3 0 2 4 V 0 2 4 V 0 2 0 2 2 V 2 0 5 氧化焙烧后生成的V O 。是两性氧化物，以酸 性为主，易溶于碱生成可溶的钒酸盐而被浸出，碱浸 出的主要反应是 V 2 0 5 2 N a O H 一2 N a V 0 3 H 2 0 试验流程石煤矿样先经磨矿、造球、烘干、氧化 焙烧，再进行碱浸、过滤。 通过焙烧、浸出试验，考察焙烧温度、焙烧时间、 浸出温度、N a O H 浓度、浸出时间、浸出液固比对浸 出率的影响，并确定适宜的工艺条件。 1 ．3 试验方法 将一3m m 石煤矿样在筒磨机中干磨到 一0 ．0 7 5m m 约占8 0 ％以上，在圆盘造球机上造球， 球团直径在7 ～1 2m m 。将球团在1 0 0 ℃的温度下 烘干后，放人马弗炉中焙烧，将焙烧后的球团研碎后 进行浸出，浸出一定时间后，过滤，浸出渣烘干称重， 化验浸出渣中V O 。。 浸出鞫，一鑫糯薹黜溅 X 1 0 0 ％ 2 试验结果及分析 2 ．1 焙烧温度的影响 焙烧时间2 ．5h ，浸出条件2m o l ／LN a O H 、 9 0 ℃、液固比R 一3 1 、浸出2h 。结果见图1 。 母 忖 署 型 图1 焙烧温度和浸出率的关系 F i g ．1R e l a t i o n s h i pb e t w e e nr o a s t i n g t e m p e r a t u r ea n dl e a c h i n gr a t e 由图1 可以看出，焙烧温度低于8 0 0 ℃时，浸出 率只有6 0 ％左右；随温度上升，浸出率增加，焙烧温 度为8 5 0 ℃时，浸出率达8 3 ％左右；温度继续上升， 浸出率开始下降。温度低于8 0 0 ℃时，钒没有氧化 完全，因而浸出率不高；温度上升，含钒的铝硅酸盐 大量分解，低价钒氧化为高价钒的量增多，浸出率提 高；在温度为8 5 0 ℃时，钒氧化反应达到平衡，浸出 率达到峰值；温度继续上升，浸出率开始下降，这可 能是发生了轻微的烧结现象，部分被氧化了的钒又 重新被包裹起来了，这部分被包裹的钒无法浸出，因 而浸出率降低。由此，焙烧温度不宜过高，适宜的焙 烧温度为8 5 0 ℃。 2 ．2 焙烧时间的影响 焙烧温度8 5 0 ℃，浸出条件2m o l ／LN a O H ， 9 0 ℃，液固比R 一3 l ，浸出2h ，结果见图2 。 母 褥 号兰 型 焙烧时间／} l 图2 焙烧时间租浸出率的关系 F i g ．2 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nr o a s t i n gt i m e a n dl e a c h i n gr a t e 由图2 可看出，随焙烧时间延长，浸出率有所提 高，考虑到能耗的问题，选择焙烧时间为3h 较为适 宜。 2 ．3N a O H 浓度的影响 焙烧温度850 ℃，焙烧时间3h ，浸出条件 二 ∞ 舯 ∞ 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年4 期 1 7 9 0 ℃，液固比R 一3 1 ，浸出2h ，结果见图3 。 图3N a O H 浓度和浸出率的关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e nN a O H c o n c e n t r a t i o na n dl e a c h i n gr a t e 按照核收缩模型[ 12 | ，浸出过程是发生在液一固 界面的反应，在矿粒表面，有一个紧附颗粒表面的液 体扩散层，浸出剂需要通过这个扩散层才能到达颗 粒表面进行反应[ 1 引。因此，溶液中与颗粒表面上浸 出剂浓度差是影响浸出速率的主要因素，即表示溶 液中浸出剂浓度是浸出速率的决定因素。由图3 可 以看出，随浸出剂浓度增加，浸出率明显提高， N a O H 初始浓度为2m o l ／L 时，浸出率可达到 8 8 ．3 8 ％，故适宜的浸出剂浓度为2m o l ／L 。 2 ．4 浸出温度的影响 焙烧温度8 5 0 。C ，焙烧时间3h ’浸出条件2m o l ／L N a O H ，液固比R 3 1 ，分别在2 5 ℃、6 0 ℃和9 0 ℃浸出 2h ，浸出率分别为6 4 ．0 3 ％、7 2 ．2 5 ％和8 8 ．3 8 ％。浸出 温度是浸出率的重要影响因素，一般来说，浸出温度升 高，矿粒储存的能量增多，破坏削弱矿物中化学键的能 力增强，动能等于或者大于活化能的分子数目增多，从 含钒矿物中释放出来的钒增多，浸出速率加快，故适宜 的浸出温度为9 0 ℃。 2 ．5 浸出时间的影响． 焙烧温度8 5 0 ℃，焙烧时间3h ，浸出条件2 m o l ／LN a O H ，9 0 ℃，液固比R 一3 1 ，结果见图4 。 图4 浸出时间和浸出率的关系 ， F i g ．4R e l a t i o n s h i pb e t w e e nl e a c h i n gt i m e a n dl e a c h i n gr a t e 浸出率和浸出时间的关系可以用浸出速率方程 式来表示，一般来说，浸出率都会随浸出时间延长而 提高，但过长的浸出时间会降低设备的处理能力，增 大杂质浸出的可能性，由图4 可以看出，适宜的浸出 时间为2h 。 2 。6 浸出液固比的影响 焙烧温度8 5 0 ℃，焙烧时间3h ，浸出条件2 m o l ／LN a O H ，9 0 ℃，浸出2h 。 液固比的大小，决定了浸出矿浆的黏度，液固比 过小，矿浆黏度增加，增大了浸出剂的扩散阻力，不 利于浸出。实验结果表明，液固比对浸出率影响不 大，故选择液固比为3 1 较为适当。 3结论 1 采用造球一氧化焙烧一碱浸的方法，能很好 浸出矿样中的钒，浸出率可达8 8 ．3 8 ％，而且对环境 友好，无污染； 2 适宜的工艺条件为焙烧温度8 5 0 ℃，焙烧 时间3h ，浸出温度9 0 ℃、N a O H 浓度2m o l ／L 、浸出 时间2h 、浸出液固比3 l 。 参考文献． [ 1 ] 宾智勇．石煤提钒研究进展和五氧化二钒的市场状况 E J ] ．湖南有色金属，2 0 0 6 , 2 2 1 1 6 2 0 ． [ 2 ] 漆明鉴．从石煤中提钒现状及前景[ J ] ．湿法冶金，1 9 9 9 ， 7 2 4 i 1 1 0 ． [ 3 ] 蔡晋强，巴陵．石煤提钒新工艺及市场动向[ J ] ．钒钛， 1 9 9 3 5 3 0 3 9 ． [ 4 ] 马士强，刘世森．石煤提钒工艺评述[ J ] ．湖南有色金属， 1 9 9 8 ，1 4 4 2 1 2 3 ． [ 5 ] 王子文．石煤提钒及综合利用技术方案初探[ J ] ．有色金 属 冶炼部分 ，1 9 8 8 4 4 3 4 6 ． [ 6 ] 戴文灿．石煤资源清洁利用及固废资源化研究[ D ] ．广 东广东工业大学，2 0 0 1 ． [ 7 ] 张萍，蒋馥华，何其荣，等．低品味钒矿钙化焙烧提钒的 可行性[ J ] ．钢铁钒钛，1 9 9 3 ，1 4 2 1 8 2 0 ． [ 8 ] 陆芝华，周邦娜，余仲兴，等．石煤氧化焙烧一稀碱溶液 浸出提法工艺研究[ J ] ．稀有金属，1 9 9 4 ，1 8 5 3 2 1 3 2 7 ． [ 9 ] 贺洛夫．从石煤中提炼V 0 。的研究[ J ] ．无机盐工业， 1 9 8 8 2 5 8 6 0 ． [ 1 0 ] 林海玲，范必威，庾化龙，等．石煤中影响钒转浸率的主 要因素研究[ J ] ．成都理工学院学报，1 9 9 9 ，2 6 3 3 1 7 3 2 0 ． [ 1 1 ] 有色金属提取冶金手册编委会．有色金属提取冶金 手册稀有高熔点金属 下 [ M ] ．北京冶金工业出版 社，2 0 0 2 3 4 5 3 4 6 ． [ 1 2 ] 李洪桂，郑清远，张启修，等．湿法冶金学[ M ] ．长沙中 南大学出版社，2 0 0 2 6 9 7 4 ． [ 1 3 ] 浸矿技术编委会．浸矿技术[ M ] ．北京原子能出版 社，1 9 9 4 1 1 3 ～1 1 5 ． 万方数据